论文部分内容阅读
AZ31镁合金作为一种商业化应用的变形镁合金,因其具有良好的强度、塑性和综合机械性能,被广泛应用于航空航天、汽车、3C电子等领域;然而对其腐蚀性能和高温力学性能的研究亟待完善。本研究中对单独添加碱土Sr及复合添加Sr、Y的AZ31镁合金显微组织、腐蚀性能和高温力学性能进行测试分析,为寻求提高AZ31镁合金耐腐蚀和耐热性途径提供理论依据和数据参考。研究中采用“对掺法”熔铸试验用合金AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY。通过动电位扫描Tafel极化曲线和盐浴浸泡研究了AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY合金的腐蚀性能;AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY合金250℃条件下的高温拉伸试验在Gleeble-1500D热模拟机上进行,同时对AZ31-0.5Sr-1.5Y合金在一定变形条件下的流变应力进行热压缩模拟分析。研究中结合OM、SEM、EDS、XRD等手段对合金组织、形貌、成分及物相组成进行分析,研究结果表明:1在AZ31镁合金中单独添加碱土金属Sr,晶体晶粒变质细化,β-Mg17Al12相由连续网状分布转变为断续状分布,组织中出现高熔点Al4Sr相;当Sr的添加量为0.9wt%时,合金的晶粒细化效果较好,Al4Sr相主要沿晶界处分布。2在AZ31镁合金中复合添加0.5wt%Sr+xY,晶粒明显细化并伴生树枝晶和等轴晶出现,β-Mg17Al12相的数量急剧下降且呈弥散颗粒分布,二次枝晶间出现弥散分布的针状、杆状相;当Y的添加量为1.5wt%时,合金的晶粒最细并呈弥散均匀状分布,新生Al2Y、Al3Y高熔点相在晶内和晶界处均有分布。3采用动电位扫描Tafel极化曲线和浸泡静态失重法研究了AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY合金在体积分数为3.5%的NaCl中性溶液中的腐蚀行为。研究结果表明:碱土Sr对AZ31镁合金的腐蚀性能略有改善,添加0.9wt%Sr时合金的自腐蚀电位较AZ31的负移、腐蚀电流减小,腐蚀速率减缓,耐蚀性提高;而复合添加0.5wt%Sr+xY则能明显改善AZ31的耐腐蚀性,其中AZ31-0.5Sr-1.5Y合金的自腐蚀电位明显负移、腐蚀电流最小,腐蚀速率小,耐蚀性最好。4 AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY合金的微观组织与腐蚀性能的关系研究发现:Sr的加入能明显细化AZ31镁合金晶粒;AZ31镁合金腐蚀性能的改善程度,取决于合金中Sr的含量及二次相的数量与分布。复合添加Sr、Y的AZ31镁合金耐蚀性进一步提高的原因:①稀土Y在镁中具有较大固溶度(12.4%),形成的固溶体能有效地提高合金的抗腐蚀能力;②在碱土和稀土元素的双重作用下,合金中β-Mg17Al12相的数量减少,且由连续网状转变为断续颗粒状分布,减少了腐蚀微电偶的有效阴阳极面积比;③新生耐蚀稀土相的形貌及分布使晶粒与晶界间形成的微电偶腐蚀均匀分散,耐蚀性进一步提高。5 AZ31-xSr、AZ31-0.5Sr-xY合金在250℃高温条件下的静态拉伸试验结果表明,添加适量的Sr、Y能明显提高AZ31镁合金的耐热性,使其在高温下仍能保持良好的力学性能;合金抗拉强度和延伸率最大增幅分别为54.56%和53.02%。主要原因:①添加Sr、Y的AZ31镁合金晶粒细化明显;②合金中β-Mg17Al12硬脆相的数量急剧减少,且由连续网状变为断续颗粒状分布;③Sr、Y与Al形成的高热稳定相产生弥散强化,从而使合金的高温力学性能得到明显改善。6在变形温度为250~450℃,应变速率为0.01~1.0s-1的条件下,对AZ31-0.5Sr-1.5Y合金的热压缩流变应力行为研究发现,合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而升高;且在变形温度为450℃、应变速率为0.01s-1时呈现稳态流变。流变应力σ与变形温度T、应变速率ε&遵循幂指数函数关系,用Z参数表示的流变应力计算公式为:(?)其中,Ζ=ε&exp( QRT)。将流变应力计算值与实测值进行误差比对,相对误差在3.5%以内,为控制应变速率以确定热加工中的应力水平提供了理论依据。